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信号発生装置及び信号発生方法 実績あり

国内特許コード P110003494
整理番号 K055P27
掲載日 2011年6月22日
出願番号 特願2005-180315
公開番号 特開2006-157864
登録番号 特許第4246182号
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
公開日 平成18年6月15日(2006.6.15)
登録日 平成21年1月16日(2009.1.16)
優先権データ
  • 特願2004-312592 (2004.10.27) JP
発明者
  • 小関 泰之
  • 高坂 繁弘
  • 並木 周
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 古河電気工業株式会社
発明の名称 信号発生装置及び信号発生方法 実績あり
発明の概要 【課題】遅延要素を有する信号発生装置において、遅延要素の遅延量変化に関わらず安定した信号発生を可能にする。
【解決手段】信号発生装置100の共振器1では、BPF6の出力信号が遅延要素3に入力されると、その入力された信号に遅延が与えられる。遅延要素3の出力信号は、IQ変調器16により位相が制御される。位相制御された信号は増幅器5にフィードバックされる。外部同期装置2では、ミキサ8により、BPF6の出力信号と基準信号の位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ9を介して複素VCO10に入力される。複素VCO10では、この位相差に基づいてIQ変調器16への制御信号が生成され、IQ変調器16では、複素VCO10から印加された制御信号に従って、遅延要素3により遅延された信号の位相が制御される。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、IT(Information Technology)技術の需要は著しく、それに伴って大容量光ファイバ通信システムの必要性が高まる一方である。このような大容量の通信システムにおいては、非常に高純度な電気信号源及びレーザ光源が必要不可欠である。ここで、「高純度」とは、スペクトル幅が狭く、その結果としてある時間内における位相の変化が小さいことを表す。高純度な信号を発生させるためには、電気信号又はレーザ光のコヒーレンス時間を長くすればよい。コヒーレンス時間とは、波動が位相情報を保持する時間を表し、スペクトル幅に比例する量である。コヒーレンス時間を長くするには、時間遅延を与える要素(以下、「遅延要素」という。)を用いる必要がある。



しかしながら、遅延要素を用いた信号発生装置では、周囲温度等の環境の変化に伴って遅延要素の遅延量が変化すると、出力信号の周波数が変化し、動作が不安定となる。そこで、長期にわたる安定動作を実現させるために、遅延量が変化しないようにフィードバック制御を行う必要がある。このようなフィードバック制御を行う信号発生装置の主要な機構は、以下の2つに大別される。



第1の機構は、遅延要素を共振器内に配置するものである。図24に、第1の機構を有する信号発生装置700の構成を示す。信号発生装置700は、図24に示すように、基準信号発生源601、ミキサ602、ループフィルタ603、共振器604により構成される。共振器604は、増幅器605、BPF(Band Pass Filter:帯域透過フィルタ)606、遅延要素607により構成される。



ミキサ602において、基準信号発生源601で発生した基準信号と、BPF606の出力信号との位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ603に出力される。ループフィルタ603では、遅延要素607での遅延量が一定になるように、遅延要素607への制御信号が生成される。遅延要素607では、ループフィルタ603から入力された制御信号に従ってBPF606の出力信号の遅延量が調整され、遅延された信号が増幅器605にフィードバックされる。増幅器605では、遅延要素607から出力された信号が増幅され、増幅された信号がBPF606に出力される。BPF606では、発振条件ωτ=2πN(ω:角周波数、τ:位相遅延時間、N:任意の整数)を満たす複数の周波数ωの中から、所定の周波数を有する信号のみが透過され、透過された信号が外部に出力されるとともに、遅延要素607及びミキサ602に出力される。図24に示すような第1の機構では、遅延時間を長くするほど、高純度な信号を発生することが可能となる。



特許文献1では、第1の機構を有する信号発生装置として、発振信号を一旦光の強度変化に変換し、遅延要素として光ファイバを用い、遅延を受けた光信号を再び電気信号に変換することにより、電気信号を発振する装置が開示されている。特許文献1の技術によれば、光ファイバの広帯域性及び低損失性を活用することによって、ギガヘルツの高周波信号に対して極めて長い遅延時間を実現することができる。また、その結果として、コヒーレンス時間が長く、極めて高純度な電気信号の発生が可能となる。



非特許文献1には、長尺ファイバを用いた光パルスレーザ中に、図24と同様の機構を導入し、再生モード同期を行うことにより、極めてジッタの少ない電気信号と光パルス列を同時に得ることが可能な信号発生装置が開示されている。非特許文献1の信号発生装置では、ピエゾアクチュエータを用いて遅延量が制御されている。



信号発生装置の第2の機構は、遅延要素を用いて周波数弁別器を構成するものである。図25に、第2の機構を有する信号発生装置800の構成を示す。信号発生装置800は、図25に示すように、基準信号発生源601、ミキサ602、ループフィルタ603、周波数弁別器701、VCO(Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器)702、ループフィルタ703により構成される。周波数弁別器701は、分波器704、遅延要素705、ミキサ706により構成される。なお、図25では、図24の信号発生装置700と同一の構成要素に同一の符号を付している。



周波数弁別器701では、分波器704により、VCO702から入力された信号が2つに分岐される。遅延要素705では、ループフィルタ603から入力された制御信号に従って、分波器704で分岐された信号の一方の遅延量が調整される。ミキサ706では、遅延要素705による遅延前後の信号の位相差を検出することにより周波数が弁別される。ループフィルタ703では、周波数弁別器701の出力信号の高周波成分が除去され、除去後の信号がVCO702に出力される。VCO702では、ループフィルタ703の出力信号に基づいて発振周波数が調整される。VCO702の出力信号は、周波数弁別器701及びミキサ602に出力されるとともに、信号発生装置800の出力信号として外部に出力される。このように、図25に示した信号発生装置800では、VCO702から出力された信号の周波数のゆらぎが検出され、このゆらぎがなくなるようにVCO702へのフィードバックが行われている。



非特許文献2では、図25のVCO702として半導体レーザを用い、遅延要素の代替としてファブリペロー共振器中の多重反射現象を用いて周波数の弁別を行う信号発生装置が開示されている。非特許文献2の信号発生装置では、非特許文献1と同様に、ピエゾアクチュエータを用いて遅延量が制御されている。



また、特許文献2では、図26に示すように、図25のVCO702の代替として、基準信号発生源801及び位相変調器802が用いられた信号発生装置900が開示されている。信号発生装置900では、周波数弁別器701の出力信号がループフィルタ803を介して位相変調器802にフィードバックされることにより、基準信号の位相が制御される。また、周波数弁別器701の出力信号がループフィルタ804を介して周波数弁別器701自身にフィードバックされることにより、遅延量705による信号の遅延量が調整される。図25及び図26に示した第2の機構では、遅延量が大きいほど高感度な周波数弁別が可能となり、その結果として、発振スペクトルの高純度化が可能となる。これは、遅延量が大きいほどコヒーレンス時間の増大が可能であることと等価である。
【特許文献1】
特表2002-535853号公報
【特許文献2】
特開平5-95228号公報
【非特許文献1】
E. Yoshida and M. Nakazawa, “Measurement of the timing jitter and pulse energy fluctuation of a PLL regeneratively mode-locked fiber laser,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 11, no. 5, pp. 548-550, 1999
【非特許文献2】
M. Ohtsu and S. Kotajima, “Linewidth reduction of a semiconductor laser by electrical feedback,” IEEE J. Quantum Electron., vol. QE-21, no. 12, pp. 1905-1912, 1985

産業上の利用分野


本発明は、電気信号又は光信号を発生する信号発生装置及び信号発生方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された信号に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、
前記出力手段により出力された信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をIQ変調器により制御する位相制御手段と、を備え、
前記遅延要素により時間遅延が与えられ、前記位相制御手段により位相が制御された信号を前記出力手段にフィードバックすることを特徴とする信号発生装置。

【請求項2】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、
前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を備え、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を少なくとも2つに分岐する分波器と、
前記分波器から出力された少なくとも1つの信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記遅延要素の出力信号の位相をIQ変調器により制御する位相制御手段と、
前記分波器から出力された他の信号の位相と、前記位相制御手段により位相制御された信号の位相とを比較する位相比較手段と、を備え、
前記位相制御手段及び前記位相比較手段により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生装置。

【請求項3】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、
前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を備え、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を少なくとも2つに分岐する分波器と、
前記分波器から出力された少なくとも1つの信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記分波器から出力された他の信号の位相と、前記遅延要素の出力信号の位相とをIQミキサにより比較する位相比較手段と、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記位相比較手段により出力される2信号に、乗算器によりそれぞれ正弦波及び余弦波で表される重み付けを与えることによって、前記遅延要素の出力信号の位相を制御する位相制御手段と、
前記位相制御手段により重み付けが与えられた2信号を加算する加算器と、を備え、
前記位相比較手段、前記位相制御手段及び前記加算器により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生装置。

【請求項4】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、
前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を備え、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を少なくとも2つに分岐する分波器と、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記分波器から出力された少なくとも1つの信号の位相をIQ変調器により制御する位相制御手段と、
前記位相制御手段により位相制御された信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記分波器から出力された他の信号の位相と、前記遅延要素の出力信号の位相とを比較する位相比較手段と、を備え、
前記位相制御手段及び前記位相比較手段により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生装置。

【請求項5】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、
前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を備え、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を少なくとも2つに分岐する分波器と、
前記分波器から出力された少なくとも1つの信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記分波器から出力された他の信号の位相をIQ変調器により制御する位相制御手段と、
前記遅延要素の出力信号の位相と、前記位相制御手段により位相制御された信号の位相とを比較する位相比較手段と、を備え、
前記位相制御手段及び前記位相比較手段により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生装置。

【請求項6】
前記遅延要素として光ファイバを用い、
光の強度を前記出力手段から出力された電気信号に基づいて変調することにより、当該電気信号を光信号に変換する電光変換器と、
前記遅延要素により遅延された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、を備え、
前記位相制御手段は、前記光電変換器により得られた電気信号又は前記出力手段から出力された電気信号の位相を制御することを特徴とする請求項1~の何れか一項に記載の信号発生装置。

【請求項7】
基準信号を出力する基準信号発生源と、
前記基準信号の位相をIQ変調器により制御する位相制御手段と、
前記位相制御手段により位相が制御された信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記遅延要素の出力信号と前記基準信号との位相差を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された位相差に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を備え、
前記位相制御手段は、前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて位相制御を行うことを特徴とする信号発生装置。

【請求項8】
前記位相制御手段により位相が制御された信号に同期して光パルスを出力するパルス出力手段を備え、
前記遅延要素は、パルス圧縮ファイバを用いて、前記パルス出力手段により出力されたパルスに時間遅延を与えるとともに、当該パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする請求項1~の何れか一項に記載の信号発生装置。

【請求項9】
電気信号又は光信号を出力し、
前記出力された信号に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を電圧制御発振器により生成し、
前記出力された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をIQ変調器により制御し、
前記遅延要素により時間遅延が与えられ、前記IQ変調器により位相制御された信号を、前記電気信号又は光信号を出力する出力手段にフィードバックすることを特徴とする信号発生方法。

【請求項10】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を用いて信号を発生する信号発生方法であって、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を分波器により少なくとも2つに分岐し、
前記分波器から出力された少なくとも1つの信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記遅延要素の出力信号の位相をIQ変調器により制御し、
前記分波器から出力された他の信号の位相と、前記IQ変調器により位相制御された信号の位相とを位相比較手段により比較し、
前記IQ変調器による位相制御及び前記位相比較手段による位相比較により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生方法。

【請求項11】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を用いて信号を発生する信号発生方法であって、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を分波器により少なくとも2つに分岐し、
前記分波器から出力された少なくとも1つの信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記分波器から出力された他の信号の位相と、前記遅延要素の出力信号の位相とをIQミキサにより比較し、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記IQミキサによる位相比較により出力される2信号に、乗算器によりそれぞれ正弦波及び余弦波で表される重み付けを与えることによって、前記遅延要素の出力信号の位相を制御し、
前記乗算器により重み付けが与えられた2信号を加算器により加算し、
前記IQミキサ、前記乗算器及び前記加算器により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生方法。

【請求項12】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を用いて信号を発生する信号発生方法であって、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を分波器により少なくとも2つに分岐し、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記分波器から出力された少なくとも1つの信号の位相をIQ変調器により制御し、
前記IQ変調器により位相制御された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記分波器から出力された他の信号の位相と、前記遅延要素の出力信号の位相とを位相比較手段により比較し、
前記IQ変調器による位相制御及び前記位相比較手段による位相比較により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生方法。

【請求項13】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器と、前記出力手段又は前記周波数弁別器の出力信号に基づいて正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を生成する電圧制御発振器と、を用いて信号を発生する信号発生方法であって、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号を分波器により少なくとも2つに分岐し、
前記分波器から出力された少なくとも1つの信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記分波器から出力された他の信号の位相をIQ変調器により制御し、
前記遅延要素の出力信号の位相と、前記IQ変調器により位相制御された信号の位相とを位相比較手段により比較し、
前記IQ変調器による位相制御及び前記位相比較手段による位相比較により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生方法。

【請求項14】
前記遅延要素として光ファイバを用い、
光の強度を前記出力手段から出力された電気信号に基づいて変調することにより、当該電気信号を光信号に変換し、
前記遅延要素により遅延された光信号を電気信号に変換し、
前記変換により得られた電気信号又は前記出力手段から出力された電気信号に対して前記位相制御を行うことを特徴とする請求項13の何れか一項に記載の信号発生方法。

【請求項15】
基準信号発生源により基準信号を出力し、
前記基準信号の位相をIQ変調器により制御し、
前記IQ変調器により位相制御された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記遅延要素の出力信号と前記基準信号との位相差を検出し、
前記検出された位相差に基づいて、正弦波で表される正弦波制御信号及び余弦波で表される余弦波制御信号を電圧制御発振器により生成し、
前記電圧制御発振器により生成された正弦波制御信号及び余弦波制御信号に基づいて、前記IQ変調器による位相制御が行われることを特徴とする信号発生方法。

【請求項16】
前記位相制御された信号に同期して光パルスを出力し、
前記遅延要素としてパルス圧縮ファイバを用いて、前記出力されたパルスに時間遅延を与えるとともに、当該パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする請求項1315の何れか一項に記載の信号発生方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005180315thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ 光と制御 領域
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